Peneliti Temukan Cara Terbang di Permukaan Bulan

Peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) yang disponsori Badan Penerbangan dan Antariksa Amerika Serikat (National Aeronautics and Space Administration/NASA) mencoba mengatasi penerbangan di Bulan yang tidak memiliki atmosfer namun memiliki gravitasi lemah. Caranya dengan memanfaatkan muatan alami Bulan berupa medan listrik yang terjadi karena paparan matahari dan plasma.
Di Bulan, muatan permukaan ini dinilai cukup kuat untuk mengangkat debu lebih dari 1 meter di atas tanah. Prosesnya seperti listrik statis dari panas penggaris yang digesek-gesek dan dapat membuat rambut berdiri.
Insinyur di NASA dan di tempat lain baru-baru ini mengusulkan pemanfaatan muatan permukaan alami ini untuk melayangkan glider dengan sayap yang terbuat dari Mylar.
Bahan ini secara alami memiliki muatan sama seperti permukaan pada badan tanpa udara. Alasannya permukaan yang bermuatan medan listrik sama harus saling tolak, untuk bisa mengangkat glider dari tanah. Tetapi desain seperti itu kemungkinan akan terbatas pada asteroid kecil. Hal ini karena pada benda planet yang lebih besar akan memiliki tarikan gravitasi yang lebih kuat.
Penjelajah melayang buatan tim MIT ini berpotensi mengatasi batasan kekuatan gravitasi Bulan. Konsepnya, yang menyerupai piring terbang bergaya retro berbentuk cakram, menggunakan sinar ion kecil untuk mengisi daya kendaraan dan meningkatkan muatan alami permukaan.
Efek keseluruhan dirancang untuk menghasilkan gaya tolak yang relatif besar antara kendaraan dan tanah, dengan cara yang membutuhkan daya yang sangat kecil.
Dalam studi kelayakan awal, para peneliti menunjukkan bahwa dorongan ion semacam itu harus cukup kuat untuk melayangkan kendaraan kecil seberat 2 pon atau 0,9 kilogram permukaan Bulan atau asteroid besar seperti Psyche.
"Kami berpikir untuk menggunakan ini seperti misi penjelajahan asteroid Hayabusa yang diluncurkan oleh badan antariksa Jepang," kata penulis utama penelitian seorang mahasiswa pascasarjana di Fakultas Aeronautika dan Astronautika MIT, Oliver Jia-Richards seperti dikutip MIT News.
Pesawat ruang angkasa itu beroperasi di sekitar asteroid kecil dan mengerahkan penjelajah kecil ke permukaannya. Demikian pula, ia berpikir misi masa depan dapat mengirimkan penjelajah kecil yang melayang untuk menjelajahi permukaan Bulan dan asteroid lainnya.

Gaya Ionik
Desain glider dari tim MIT ini bergantung pada penggunaan pendorong ion mini, yang disebut ionic-liquid ion sources. Nozel mikrofabrikasi kecil ini terhubung ke reservoir yang berisi cairan ionik dalam bentuk garam cair suhu kamar. Ketika tegangan dialirkan maka cairan ion akan terisi dan dipancarkan sebagai sinar melalui nozel dengan gaya tertentu.
Rekan penulis Jia-Richards yaitu Paulo Lozano bersama timnya telah memelopori pengembangan pendorong ionik dan telah menggunakannya terutama untuk mendorong dan secara fisik melakukan manuver satelit kecil di luar angkasa. Baru-baru ini, Lozano telah melihat penelitian yang menunjukkan efek melayang dari permukaan bermuatan pada debu di Bulan.
Selama mengembangkan desain peluncur elektrostatik untuk NASA, Lozano bertanya-tanya bisakah penjelajah yang dilengkapi dengan pendorong ion menghasilkan cukup gaya tolak, elektrostatik untuk melayang di Bulan dan asteroid yang lebih besar.
Untuk menguji ide tersebut, tim awalnya memodelkan penjelajah kecil berbentuk cakram dengan pendorong ion yang mengisi kendaraan sendirian. Mereka memodelkan pendorong untuk memancarkan ion bermuatan negatif keluar dari kendaraan, yang secara efektif memberi kendaraan muatan positif, mirip dengan permukaan bermuatan positif Bulan.
Namun diketahui tidak cukup untuk membuat kendaraan itu terangkat dari tanah. "Lalu kami berpikir, bagaimana jika kami mentransfer muatan kami sendiri ke permukaan untuk melengkapi muatan alaminya?" kata Lozano.
Dengan mengarahkan pendorong tambahan ke tanah dan memancarkan ion positif untuk memperkuat muatan permukaan, dorongan itu dapat menghasilkan kekuatan yang lebih besar terhadap pesawat untuk terbang. Setelah menyusun model matematika sederhana mereka menyatakan pada prinsipnya bisa berhasil.
Berdasarkan model sederhana ini, tim memperkirakan bahwa penjelajah kecil, dengan berat sekitar dua pon, dapat mencapai levitasi sekitar satu sentimeter dari tanah, pada asteroid besar seperti Psyche, dengan menggunakan sumber ion 10 kilovolt. Sementara untuk mendapatkan ketinggian yang sama untuk penerapan di Bulan membutuhkan 50 kilovolt.
"Desain ionik semacam ini menggunakan daya yang sangat kecil untuk menghasilkan banyak tegangan," jelas Lozano. "Kekuatan yang dibutuhkan sangat kecil, Anda bisa melakukan ini hampir secara gratis," lanjut dia.
Untuk memastikan model mewakili apa yang bisa terjadi di lingkungan nyata di luar angkasa, mereka menjalankan skenario sederhana di lab Lozano. Para peneliti membuat kendaraan uji heksagonal kecil dengan berat sekitar 60 gram dan berukuran seukuran telapak tangan seseorang.
Mereka memasang satu pendorong ion mengarah ke atas, dan empat mengarah ke bawah. Pendorong tersebut digantungkan pada kendaraan di atas permukaan aluminium dari dua pegas yang dikalibrasi untuk melawan gaya gravitasi Bumi. Seluruh pengaturan ditempatkan di dalam ruang vakum untuk mensimulasikan lingkungan tanpa udara di Bulan dan asteroid.
Peneliti menerapkan berbagai voltase ke pendorong dan mengukur kekuatan yang dihasilkan, lalu menghitung ketinggian yang bisa diangkat oleh pesawat. Dalam eksperimen yang dilakukan mereka menemukan kecocokan dengan prediksi skenario yang sama dari model. Hal ini memberi keyakinan bahwa prediksi untuk melayangkan penjelajah di asteroid Psyche dan Bulan itu realistis.
Tapi Jia-Richards mengatakan model itu perlu direvisi, karena tidak memperhitungkan bagaimana ion yang dipancarkan akan berperilaku pada ketinggian yang lebih tinggi. "Pada prinsipnya, dengan pemodelan yang lebih baik, kita bisa melayang ke ketinggian yang jauh lebih tinggi," kata dia.
Dalam hal ini, Lozano mengatakan misi masa depan ke bulan dan asteroid dapat mengerahkan penjelajah yang menggunakan pendorong ion untuk melayang dan bermanuver. Pada kondisi permukaan Bulan dan asteroid yang tidak rata hal tersebut tetap dapat dilakukan. hay/I-1